肺炎链球菌及其转化实验的实质

一、肺炎链球菌

肺炎链球菌是一种革兰氏阳性菌。1881年，美国的斯滕伯格（G. Sternberg, 1838-1915 ）和法国的巴斯德（L. Pasteur, 1822—1895）分别分离得到这种细菌，最初它被命名为pneumococcus。1920年改称为Diplococcus pneumoniae（后来译为“肺炎双球菌”）。因为它与链球菌非常相似,1974年被正式命名为Streptococcus pneumoniae（后来译为“肺炎链球菌”）。

肺炎链球菌的基因组是一个封闭的环状DNA分子，具有2.0 x 10⁶-2.1 x 10⁶个碱基对。它的基因有1 500多个，此外，还有154个基因贡献了毒力。在不同型的菌株间，其基因组的变异可达10%。

肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的其他疾病，它不仅可以直接由鼻咽部入侵中耳、鼻窦、支气管、肺部和胸腔等引起黏膜疾病（mucosal diseases）,还可以经血液循环导致中枢神经系统、腹腔、关节、心瓣膜和心包等无菌部位的侵袭性肺炎链球菌疾病。据世界卫生组织（WHO）估计，肺炎链球菌肺炎和脑膜炎每年至少导致160万人死亡，其中包括100万5岁以下儿童，而且90%以上的死亡病例发生在发展中国家。这种菌对小鼠也具有极大的杀伤力，会导致小鼠死亡。

二、肺炎链球菌转化实验的实质

遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子（质粒或染色体DNA）被细菌的细胞摄取，并得以表达的基因转移过程。遗传转化可以分为自然转化和人工转化，前者是细胞在一定生长阶段岀现容易接受外源DNA的生理特性；后者则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内。

自然转化现象首先是在肺炎链球菌中发现的。近几十年来，已经发现多种细菌或某些特殊的菌株有自然转化能力。在肺炎链球菌中，自然转化的第一步是R型细菌受体细胞处于感受态，即能从周围环境中摄取DNA的一种生理状态，然后是DNA在细胞表面的结合和进入。进入细胞的DNA分子一般以单链形式整合进宿主的染色体DNA，并获得遗传特性的表达。这一系列的过程涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。

R型细菌在生长到一定阶段时，就会分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子。这种因子能与细胞表面受体相互作用，诱导感受态特异蛋白质（如自溶素）的表达，它的表达使细胞表面的DNA结合蛋白及核酸酶裸露出来，使其具有与DNA结合的活性。加热灭活的S型细菌遗留下了完整的细菌染色体DNA的各个片段（图3-1）,其中包括控制荚膜形成的基因，即S基因（smooth gene ）。这一片段从S型细菌中释放出来，在后继的培养中吸附到一些R型细菌上，S基因以双链的形式在R型细菌细胞的几个位点上结合并被切割。核酸内切酶首先切断DNA双链中的一条链，被切割的链在核酸酶的作用下降解，成为寡核甘酸释放到培养基中，另一条链与R感受态细菌的特异蛋白质结合，以这种形式进入细胞，并通过同源重组以置换的方式整合进入R型细菌的基因组中，使R型细菌转化为S型细菌。

摘自：人教版新教材必修2教师用书

相关阅读：